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Inactivation kinetics modeling of enteric viruses for predictive environmental microbiology toward a safe use of human excreta

Research Project

Project/Area Number 20J10868
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

大石 若菜  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsサニテーション / 消毒 / マウスノロウイルス
Outline of Research at the Start

し尿の利用における微生物学的安全性を担保するための消毒剤添加率及び処理時間の監視基準値の設定には、し尿中病原微生物不活化モデルが必要である。さらに消毒耐性ウイルスの出現も想定し、監視基準値を設定する必要がある。しかし、性状の複雑なし尿に適用可能な病原微生物不活化モデルが構築されていない。また、腸管系ウイルスが獲得しうる消毒耐性の程度が明らかでない。本研究は、統計的アプローチによりし尿中病原微生物不活化モデルを新規に構築する。さらにウイルスの消毒耐性獲得機構と想定すべき消毒耐性を明らかにし、将来出現する可能性のある消毒耐性株に対して有効な処理方法の検討を試みる。

Outline of Annual Research Achievements

し尿の利用における微生物学的安全性を担保するための消毒剤添加率及び処理時間の監視基準値の設定には、様々な性状のし尿に適用可能な病原体不活化モデルが必要である。ウイルスに関しては消毒低感受性株の出現を想定して監視基準値を設定する必要があるが、想定すべき不活化率や消毒剤への適応機構が明らかになっていない。本研究では、し尿中病原体不活化モデルの構築およびノロウイルスの消毒剤低感受性獲得機構の解明を試みた。
系統的文献検索によって得た病原体の不活化率と環境条件のデータに対してスパースモデリングおよび階層ベイズモデリングを適用し、環境条件と反応時間を説明変数とする病原体不活化モデルを作成した。モデルを用いて7種類の病原体とサロゲートの不活化をシミュレーションし、重点的に管理すべき病原体と推奨される処理条件および処理時間を提言した。以上の成果を国際誌と国際学会で発表した。
胃腸炎ウイルスであるノロウイルスのサロゲートとしてマウスノロウイルスを用い、pH12に調整した水酸化カルシウム水溶液による消毒を組み込んだ連続培養実験を実施した。得られたウイルス集団の消毒感受性試験を実施した結果、培養サイクル数の追加に伴いウイルス集団の感受性が低下する現象が見られた。ウイルス集団の全ゲノム配列解析を行い、特定したカプシドタンパクの非同義変異を組み込んで得られたインフェクシャスクローンの消毒感受性が5分の1に低下することを示したことで、遺伝子変異が消毒感受性に与える影響を実証した。以上の成果を国際誌で発表した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 4 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results)

  • [Journal Article] Experimental Adaptation of Murine Norovirus to Calcium Hydroxide2022

    • Author(s)
      Oishi Wakana、Sato Mikiko、Kubota Kengo、Ishiyama Ryoka、Takai-Todaka Reiko、Haga Kei、Katayama Kazuhiko、Sano Daisuke
    • Journal Title

      Frontiers in Microbiology

      Volume: 13 Pages: 848439-848439

    • DOI

      10.3389/fmicb.2022.848439

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Predictive environmental microbiology for safe use of sanitation products in agriculture: Challenges and perspectives2021

    • Author(s)
      Wakana Oishi, Bjorn Vinneras, Joan B. Rose, Daisuke Sano
    • Journal Title

      Environmental Science and Technology Letters

      Volume: 8 Issue: 11 Pages: 924-931

    • DOI

      10.1021/acs.estlett.1c00537

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Hierarchical Bayesian modeling for predictive environmental microbiology toward a safe use of human excreta: Systematic review and meta-analysis2021

    • Author(s)
      Oishi Wakana、Kadoya Syun-suke、Nishimura Osamu、B. Rose Joan、Sano Daisuke
    • Journal Title

      Journal of Environmental Management

      Volume: 284 Pages: 112088-112088

    • DOI

      10.1016/j.jenvman.2021.112088

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Viral Interference as a Factor of False-Negative in the Infectious Adenovirus Detection Using Integrated Cell Culture-PCR with a BGM Cell Line2021

    • Author(s)
      Sano Daisuke、Watanabe Ryosuke、Oishi Wakana、Amarasiri Mohan、Kitajima Masaaki、Okabe Satoshi
    • Journal Title

      Food and Environmental Virology

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 84-92

    • DOI

      10.1007/s12560-020-09453-x

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Early warning of COVID-19 via wastewater-based epidemiology: potential and bottlenecks2021

    • Author(s)
      Zhu Yifan、Oishi Wakana、Maruo Chikako、Saito Mayuko、Chen Rong、Kitajima Masaaki、Sano Daisuke
    • Journal Title

      Science of The Total Environment

      Volume: 767 Pages: 145124-145124

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2021.145124

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Inactivation kinetics modeling of Escherichia coli in concentrated urine for implementing predictive environmental microbiology in sanitation safety planning2020

    • Author(s)
      Oishi Wakana、Kato Ikuo、Hijikata Nowaki、Ushijima Ken、Ito Ryusei、Funamizu Naoyuki、Nishimura Osamu、Sano Daisuke
    • Journal Title

      Journal of Environmental Management

      Volume: 268 Pages: 110672-110672

    • DOI

      10.1016/j.jenvman.2020.110672

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] NATURAL INACTIVATION KINETICS MODELING FOR A WATERBORNE ENTERIC VIRUS IN SURFACE WATER USING SPARSE REGRESSION AND HIERARCHICAL BAYESIAN ESTIMATION2020

    • Author(s)
      OISHI Wakana、KATO Ikuo、NISHIMURA Osamu、SANO Daisuke
    • Journal Title

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. G (Environmental Research)

      Volume: 76 Issue: 7 Pages: III_449-III_460

    • DOI

      10.2208/jscejer.76.7_III_449

    • NAID

      130007999714

    • ISSN
      2185-6648
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 病原体不活化モデルに基づくし尿の衛生学的安全管理手法の確立2022

    • Author(s)
      大石若菜、佐野大輔
    • Organizer
      第9回日本水環境学会東北支部&第13回廃棄物資源循環学会東北支部合同研究発表会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Hierarchical Bayesian modeling for predictive environmental microbiology towards safe resource recovery from human excreta2021

    • Author(s)
      Wakana Oishi, Syun-suke Kadoya, Osamu Nishimura, Daisuke Sano
    • Organizer
      2021 International Conference on the “Challenges in Environmental Science and Engineering” (CESE-2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Estimation of storage time of human excreta for the Helminth inactivation using regression tree2021

    • Author(s)
      Wakana Oishi, Daisuke Sano
    • Organizer
      第62回日本熱帯医学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Maximum likelihood estimation of inactivation kinetic parameters for Escherichia coli In concentrated urine2021

    • Author(s)
      Wakana Oishi, Ikuo Kato, Osamu Nishimura, Daisuke Sano
    • Organizer
      Singapore International Water Week 2021 Online
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Inactivation kinetic modelling of Escherichia coli in the concentrated synthetic urine2021

    • Author(s)
      Wakana Oishi, Ikuo Kato, Osamu Nishimura, Daisuke Sano
    • Organizer
      IWA Digital World Water Congress
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 予測環境微生物学に基づく資源回収型サニテーションの病原リスク管理手法の構築2021

    • Author(s)
      大石若菜、西村修、片山和彦、戸高玲子、芳賀慧、佐野大輔
    • Organizer
      第24回日本水環境学会シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Hierarchical Bayesian modeling for predictive environmental microbiology towards safe resource recovery from human excreta2020

    • Author(s)
      Wakana Oishi, Shun-suke Kadoya, Osamu Nishimura, Daisuke Sano
    • Organizer
      2nd Sustainable Waste Management Conference
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gastroenteritis patient prediction based on wastewater-based epidemiology and dynamic modeling2020

    • Author(s)
      Yifan Zhu, Wakana Oishi, Chikako Maruo, Masaaki Kitajima, Daisuke Sano
    • Organizer
      Water Environment and Technology Conference 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Natural inactivation kinetics modeling of a waterborne enteric virus in surface water by sparse regression and hierarchical Bayesian estimation2020

    • Author(s)
      Wakana Oishi, Ikuo Kato, Osamu Nishimura, Daisuke Sano
    • Organizer
      Water Environment and Technology Conference 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スパース推定法と階層ベイズ推定法による環境水中ウイルス自然死滅モデルの構築2020

    • Author(s)
      大石若菜、加藤郁生、西村修、佐野大輔
    • Organizer
      第57回環境工学研究フォーラム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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